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风温和喷煤——炼铁的“两大主角”刘全兴2008年10月景德镇主要内容风温(HotBlastTemperature)喷煤(PulverizedCoalInjection)前言随着当前铁矿石、焦炭、焦煤、喷吹用煤、电力和原油等原燃料、动力等费用大幅涨价，炼铁原燃料消耗所占炼铁制造成本大幅度地增长，高炉热风温度和喷煤工序的降耗作用愈加突显。热风温度和喷煤不再是工艺技术的“细节”问题，已转化成为提升钢铁企业核心竞争力的主角。实现我国炼铁生产可持续发展为了应对炼铁工序高成本的压力和进一步研究探讨未来我国炼铁工作的发展方向，全国炼铁专业的科研、院校、机关和企业的专家、学者和企业家们共话节能减排、环境友好，实现我国炼铁生产可持续发展。大多数代表认为在抓好贯彻精料方针，降低原燃料消耗及回收各工序余热、余压等方面的同时，提高炼铁风温水平、提高喷煤质量，促进富氧喷煤强化炼铁和节能减排已成为降低成本和增加经济效益的主题。炼铁系统直接消耗的能源占钢铁生产总耗能的70％左右，炼铁系统一直被视为钢铁企业节能的重点。由于近年来原燃料大幅度涨价，炼铁生产已经进入了高成本时代。然而，炼铁工作者一直没有放松对高炉节能减排、环境友好，实现我国炼铁生产可持续发展的新技术和的关注、研究、引进与应用。提高风温和喷煤工序的作用愈加突现。采用先进的高风温技术和富氧喷煤技术已成为许多钢铁厂的首选。在比较投资回报率的观点方面，许多钢铁厂已不在乎喷煤和热风炉新建和改造的“投入”问题。新建的高炉热风炉全部采用高效的设计风温1250℃的高温热风炉。例如俄罗斯卡鲁金顶燃式高温热风炉或外燃式或高风温内燃式热风炉，设计风温1250℃。一般地旧高炉热风炉大修改造，设计风温也要在1200℃以上；提高富氧率和煤粉助燃技术，进一步提高煤比；这些新技术的应用为高炉稳定顺行、高产稳产、降低成本提供了可靠保障。全国重点钢铁企业主要技术经济指标生铁量燃料比煤比焦比入炉品位风温系数工序能耗万tkg/tkg/tkg/t%℃t/m3.dkgce/t20042518554311642758.2110742.516466.2020053304053612441258.0310842.624456.7920064275553013539557.7811002.675433.0820074694552913739257.7111252.677426.8420084706753213139657.3211332.607427.7220095737551914537457.6211582.615410.5620106308951814936957.4111602.589407.7620116832652214837456.9811792.53201271654喷煤代焦的价值越来越大高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外炼铁技术发展的大趋势，也是我国钢铁工业技术发展的重点之一。高炉喷吹煤粉置换焦炭是国内外炼铁节能降耗的重要技术措施。因为焦炭工序能耗为122kg/t,而喷吹煤粉工序能耗仅为20-35kg/t；喷吹1t煤粉置换0.8-0.9t焦炭，可降低炼铁系统能耗的80-100kg/t；同时煤粉置换焦炭可减少用量，从而减轻炼焦过程对环境的污染，还可以缓解炼焦煤紧缺的状况。对高炉炼铁来讲，因煤焦差价较明显（约500-600元/吨），可以降低生铁成本，改善炼铁技术经济指标，进而提高炼铁生产的经济效益，最终达到提高企业核心竞争力的目的。富氧是弥补喷煤后风口前理论燃烧温度降低的有效措施。富氧在增加鼓风中氧浓度和提高炉缸温度的同时，可加快氧向煤粉表面的传递速度，促进煤粉燃烧，提高煤粉燃烧率。科学研究和生产实践表明，限制喷煤量进一步提高有四个因素：煤粉在风口前的燃烧率、喷煤后必要的炉缸热状态、煤气流运动阻力和提高置换比。高炉喷吹用煤希望有高的燃烧率，又希望有高的含碳量。无烟煤能提供较高的含碳量，但在大喷吹量的条件下，很难满足较高的燃烧率的要求。烟煤能够满足燃烧要求，但易爆炸。通过烟煤与无烟煤的合理配煤，可以兼顾各自的优点。配加烟煤不仅改善喷吹效果，而且由于烟煤软，可大幅度提高制粉能力。提高喷煤比的技术措施是：减少渣量、高风温、富氧、脱湿鼓风、贯彻精神方针、优化喷煤煤种、采用助燃剂、均匀煤枪分布、进行混合喷吹等。我国目前已经掌握了先进的喷煤技术，从喷煤设计、设备制造到安装投产均可实现国产化。在实践中我们体会到[3]，使用好煤。优质的无烟煤具有灰分低，容易制粉，台时产量高，发热值高，置换比高，不易磨损风口等特点。喷吹用煤的灰份低、含硫少,同时还要求煤的可磨性系数高、燃烧性能好、反应性高等，有条件尽量喷吹优质煤，相当于好焦炭。高炉喷煤可以80—100kg/t起步，均匀喷吹,辅以富氧。对于小高炉而言，均匀喷吹尤为重要，加强煤枪管理，减少堵枪，尽最大限度实现全风口均匀喷吹。在有条件的情况下，辅以富氧，有利无害。某厂采用喷煤之后,炉渣流动性有明显改善作用。主要原因是高灰分的焦炭用量减少，进入渣中的（Al2O3）由原来的16.4%-17.0%下降到15.2%-16.0%。喷煤之后,高炉煤气热值增加。煤气中CO和H2含量增加，大大改善和满足了热风炉和烧结机等工序的需要。喷煤代焦经济效益分析2007年我国重点钢铁企业喷煤比为137kg/t，高于150kg/t的钢铁企业有11个，宝钢4号高炉喷煤比于2006年就达到224.6kg/t，处于国际先进水平。2007年我国生铁产量46944.63万t，比上一年增长6189.22万t，增长15.19%。当前市场外购焦炭价格2280元/t，自产焦炭价格也要1800元/t，喷吹用煤价格950元/t(包括运费)，煤粉制备80元/t，煤焦置换比0.9。全国喷煤比为137kg/t，经济效益计算：考虑到设备折旧费和各种税费，吨铁降低成本至少在50~60元/t。对于产能为500万t/a的钢铁厂，以煤代焦的经济效益高达2.5~3个亿。若考虑到在现有基础上提高煤比10kg/t铁，就可直接降低生铁制造成本7-8元/t铁。对于产能为500万t/a的钢铁厂，以煤代焦的经济效益高达3500~4000万元。提高风温可实现高效、低耗、环保“一举多得”高风温具有明显的节能作用，热风温度每升高100℃，可节焦比20～30kg／t，可允许多喷25-30kg/t煤粉。经过近年来的努力，我国高炉风温水平进步较大，2007年我国大中型企业热风温度平均1125℃，比上年提高25℃，与国际先进水平差距缩小。首先，特别是新建设的一批大高炉（大于2000m3）热风温均超过1200℃，达到国际先进水平。其次，热风炉形式也向多样化发展，大高炉多用外燃式和内燃式（首钢京唐钢铁公司5500m3高炉用卡鲁金顶燃式），小高炉用石球式，都可实现高风温。再次，热风炉从设计制造到施工投产等均可实现国产化，只是在使用材料、结构设计、送风系统的保障和送风操作制度的科学性等方面存在一些缺陷，需要继续改进。高风温是一种洁净的、廉价的能源，也是重要的节能增效技术。采用对空气、煤气双预热技术，即使用低热值的高炉煤气，也可以获得大于1200℃以上的风温。利用低热值煤气获得高风温的工艺方法主要有：(1)高炉煤气富化法；(2)金属换热器法；(3)自身预热法；(4)富氧助燃法；(5)掺入热风法；(6)辅助热风炉法等等。其中最具典型意义的金属换热器法和热风炉自身预热法和辅助热风炉法基本上代表了当今高温空气燃烧技术在利用低热值煤气获得高风温方面的发展新趋势[4]。在利用冶金工厂产生的二次能源，大力推动循环经济的同时，努力建设“资源节约型、环境友好型”社会。控制温室气体排放方面，热风炉发挥着极其重要的作用，可以称其为生态热风炉或绿色热风炉。其主要特征为：（1）使用低热值煤气作为主要燃料，经工艺转化后以低价值的高炉煤气获取高价值的高温热量。减少煤气的放散量，节省昂贵的高热值煤气供给更急需的部门，达到能源合理配置，创造更大的经济效益和社会效益，真正做到“资源节约型”工序；（2）实现系统优化、合理燃烧；（3）烟气余热尽最大努力回收利用，如首先采用金属换热器预热煤气和助燃空气；其次，还是这部分烟气供煤粉车间作为干燥、惰化气；再次，供解冻库和焦炭除水烘干等作为热气源用；（4）开发减排温室气体总量和回收的有效措施和相关技术。提高风温经济效益分析2007年我国大中型企业风温平均1125℃，比上年提高25℃，与国际先进水平差距缩小，目前，还有80℃的潜力。在提高风温方面，具有众多的成熟技术可以采用。80℃的风温可以降低焦比约20kg/t；焦炭的现价为2280元/t，自产焦炭价格1800元/t。不计水分和焦末，20kg焦炭价值36元。直接降低生铁制造成本至少36元/t。以1000m3高炉为例，年产生铁80万吨，则：80万吨×36元/t=2880万元这一数字与新建一组热风炉的费用相比，大致占三分之一到四分之一，即热风炉的投资3-4年内可全部收回。热风炉的寿命一般为20年以上，可见，建造热风炉提高风温的经济效益十分巨大。另一方面，热风炉可多消耗过剩的高炉煤气，减少排放，减轻对环境的污染。从能源角度也可以讨论提高风温的价值。一般来讲，高炉煤气0.10元/m3，混合煤气0.30元/m3，焦炉煤气0.60元/m3。某高炉热风炉采用新工艺，用纯高炉煤气获得1200℃高风温，比常规提高风温100℃，高炉生铁产量全年183万吨，全年工作日350天。计划综合焦比520kg/t铁。每提高100℃风温可增产4％，同时可多喷吹煤粉40kg/t铁。焦煤置换比为0.8。采用高风温新工艺后，比原来多用高炉煤气20000m3/h，设备总投资1500万元，工作寿命10年。则经济效益计算与比较如下。展望我国高炉炼铁生产技术已经处于世界先进水平，同时，高炉生产进入高成本阶段。氧煤强化炼铁新工艺、新技术是当今世界炼铁发展的方向。在现行能源结构条件下，喷煤给高炉带来巨大经济效益。按照2007年我国生铁产量46944.63万t，重点钢铁企业喷煤比为137kg/t。经初步计算，考虑到设备折旧费和各种税费，目前吨铁降低成本至少在60~80元/t。对于产能为500万t/a的钢铁厂，以煤代焦的经济效益高达2.5~3个亿。在未来的5-10年内，从可持续发展的战略上，钢铁工业本身必须以积极的心态来定位自己的社会和经济角色，抓住机遇，应对挑战。其主要着眼点应是：钢铁企业要以过程工程为基础来进一步优化企业结构，通过提高风温和喷吹煤粉这两个重要技术路线实现“高效、优质、低耗、长寿、环保”的目标。钢铁生产流程不仅生产出钢铁材料来，而且也是一个有效的能源转换系统。钢铁企业约有38%左右的能源没有充分利用，提高风温和喷吹煤粉这两个重要技术路线完全可以把劣质资源（贫煤气和非炼焦煤）转化成高价值的高温热量和昂贵冶金焦炭的替代物等，并相应改善环境状况，实现“一举多得”。参考文献1．杨天均，节能减排，环境友好，实现我国炼铁生产可持续发展，2008年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集，宁波，1-122．王维兴,中国炼铁：向更高点不断攀登，中国冶金报，,2008年4月15日3．刘全兴，青钢高炉喷煤设计及生产实践，炼铁，2006（1）：31-334．刘全兴，我国高炉热风炉的发展，钢铁产业，2006（10）：34-51问题？书讯《高炉热风炉操作与煤气知识问答》(冶金工业出版社，2005.3出版,书号ISBN7-5024-3680-4)。定价:29.00元作者:刘全兴联系方式北京东四西大街46号（100711）冶金工业出版社发行部:010-64064283;65289081张卫:13621018798,THANKYOUFORYOURATTENTION!